Rocas i PARAMETROS DE LA CALIDAD DE ROCA

MECANICA DE ROCAS I
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
DOCENTE: ING. CHRIST BARRIGA PARIA
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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN.................................................................................................................... 4
1. ROCK QUALITY DESIGNATION (RQD) _____________________________ 5
1.1. PROCEDIMIENTO Y MEDICIÓN......................................................................... 5
1.2. MEDICIÓN DE LOS FRAGMENTOS DEL TESTIGO......................................... 5
1.3. CÁLCULO DEL RQD (ÍNDICE DE DESIGNACIÓN DE CALIDAD DE LA
ROCA)................................................................................................................................ 6
1.4. USOS DEL RQD (ÍNDICE DE DESIGNACIÓN DE CALIDAD DE LA ROCA) 7
2. ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA POR EL MÉTODO BRASILERO ___ 7
3. ENSAYO DE CARGA PUNTUAL____________________________________ 9
4. ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE _______________________________ 11
4.1. PROCEDIMIENTO................................................................................................ 12
5. ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL_____________________________ 14
5.1. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA...................................................................... 14
5.2. EQUIPO.................................................................................................................. 15
5.3. PROCEDIMIENTO................................................................................................ 16
5.4. CÁLCULOS ........................................................................................................... 17
6. ENSAYO DE CONSTANTES ELÁSTICAS (MÓDULO DE YOUNG Y RELACIÓN
DE POISSON)_________________________________________________________ 18
6.1. EQUIPO.................................................................................................................. 19
6.2. PREPARACIÓN DE TESTIGOS........................................................................... 20

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6.3. PROCEDIMIENTO................................................................................................ 21
6.4. CÁLCULOS ........................................................................................................... 22
7. ENSAYO DE RESISTENCIA DE FLEXIÓN __________________________ 23
8. ENSAYO DE RESISTENCIA AL CORTE ____________________________ 26
8.1. DESCRIPCION DE LA MUESTRA...................................................................... 27
8.2. PREPARACIÓN DE TESTIGOS........................................................................... 27
8.3. DESCRIPCIÓN DE EQUIPO ................................................................................ 28
8.4. DESCRIPCION DE ENSAYO............................................................................... 29
9. CONCLUSIONES ________________________________________________ 30
10. BIBLIOGRAFIA _________________________________________________ 30

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INTRODUCCIÓN
En el siguiente informe se presentará los ensayos disponibles en el Laboratorio de Mecánica de
Rocas, para determinar las propiedades y características importantes de muestras de rocas, que
serán usadas para fines propios de la ingeniería en general, como en la ingeniería de minas o
geológica, en el cual la mecánica de rocas ha sido considerada tradicionalmente como un asunto
ligado primordialmente a la seguridad, lo que es muy importante para la reducción de caída de
rocas, evitando o minimizando los daños al personal y a los equipos, como también es influyente
En el siguiente informe se presentará los ensayos disponibles a realizar en la laboratorio de
Mecánca de Rocas, para determinar las propiedades y características importantes de muestras de
rocas, para poder ser usadas para fines propios de la ingeniería en general, en este caso en la
ingeniería de minas o geológica, en el cual la mecánica de rocas es considerada como un asunto
muy importante para la seguridad en este rubro, especialmente en minería subterránea, lo que es
muy importante para la reducción de caída de rocas, evitando o minimizando los daños al
personal y a los equipos.

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1. ROCK QUALITY DESIGNATION (RQD)
(Por Yandry Maldonado-2018), El RQD (rock quality designation), el índice de
designación de calidad de la roca mide el porcentaje de roca “buena” en un pozo
(determina la calidad de la roca), inicialmente fue desarrollado como un medio para
describir cualitativamente si una masa rocosa es favorable para tunelización.
1.1. PROCEDIMIENTO Y MEDICIÓN
El RQD debe registrarse en el sitio cuando el núcleo se recupera porque algunas rocas
pueden desintegrarse, debido a desecación, alivio del estrés o hinchazón, con el
tiempo; por estas rocas se recomienda que el RQD se mida de nuevo después de 24
horas.
La medición del RQD se lo hace en cada maniobra del sondeo o en la variación de
litología, es recomendable que la longitud de maniobra no supere el 1,5 m, además el
diámetro mínimo de los testigos debe ser 48 mm.
La medida de la longitud del trozo del testigo se lo hace sobre el eje central y se
considera los fragmentos que tiene diámetro completo.
1.2. MEDICIÓN DE LOS FRAGMENTOS DEL TESTIGO
Fig.01 Procedimiento para la medida y cálculo del RQD

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• Para el cálculo del RQD se toma en cuenta sólo los fragmentos o trozos de testigo de
material rocoso fresco, se excluyen los que tienen grado de alteración y
meteorización avanzada (a partir de grado IV), para los que se considera un RQD = 0
%.
• Se debe medir la longitud de los fragmentos frescos mayores o iguales a 10
centímetros (100 mm), posteriormente se suma la longitud total de los fragmentos.
• Solo aquellas piezas de roca formadas por fracturas naturales (es decir, uniones,
zonas de cizalla, planos de estratificación o planos de división que da como resultado
superficies de separación) se considerarán para la estimación del RQD.
• Las piezas del núcleo a cada lado de los saltos de núcleo causado por el proceso de
perforación se consideran como fragmentos juntos y se cuentan como una sola pieza
1.3. CÁLCULO DEL RQD (ÍNDICE DE DESIGNACIÓN DE CALIDAD DE LA
ROCA)
Para el cálculo del índice RQD se toma en cuenta la suma total de las longitudes de
los fragmentos de testigo mayores que 10 cm y se lo relaciona con la longitud total
del tramo de perforación realizado, mediante la siguiente expresión (Fig.02).
Fig.02 Expresión para el cálculo del RQD, se expresa la sumatoria de todos los
tramos mayores a 10 cm sobre (divido) para la longitud total del tramo, se multiplica
por 100 para obtener el porcentaje %.
Cuando se ha realizado el cálculo del RQD, se procede a determinar la calidad de la
roca, para ello se usa la siguiente Tabla 01:

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Tabla 01 calidad de la roca
1.4. USOS DEL RQD (ÍNDICE DE DESIGNACIÓN DE CALIDAD DE LA
ROCA)
Los valores RQD proporcionan una base para tomar decisiones preliminares de
diseño que implican la estimación de las profundidades de excavación requeridas para
los cimientos de las estructuras.
Los valores RQD también pueden servir para identificar problemas potenciales
relacionados con el asentamiento, erosión o deslizamiento en cimientos de roca.
El RQD puede proporcionar una indicación de la calidad de la roca en canteras para
agregado de concreto, relleno rocoso o relleno de escombros.
El RQD ha sido ampliamente utilizado como un indicador de advertencia de zonas
rocosas de baja calidad que pueden necesitar un mayor escrutinio o requieren
perforaciones adicionales u otro trabajo de investigación.
Es un componente básico de muchos sistemas de clasificación de masa rocosa para
fines de ingeniería.
2. ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA POR EL MÉTODO BRASILERO
Existe un método para determinar la resistencia a tracción indirecta (Ensayo brasileño)
sobre probetas cilíndricas, que también se puede usar para probetas cúbicas o prismáticas.
En el caso de la probeta cilíndrica se le somete a una fuerza de compresión aplicada en
una banda estrecha y en toda su longitud. El resultado de la fuerza de tracción ortogonal
resultante origina que la probeta rompa a tracción.

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En la Fig. 02 pueden verse los dispositivos de ensayo para probetas cilíndricas y
prismáticas. Las bandas de apoyo son de fibras prensadas de densidad > 900 3 Kg/m3 y
dimensiones, ancho a = 10 mm., espesor t = 4 mm y una longitud superior a la línea de
contacto de la probeta. Las bandas de apoyo solo deberán usarse una vez.
Durante el ensayo debe asegurarse que la probeta permanece centrada cuando comienza
la carga y durante la aplicación de esta el plato superior ha de estar
paralelo con el inferior. Se selecciona un incremento de tensión constante dentro del
rango, por ejemplo, de 0.04 a 0.06
La carga se aplica sin brusquedades y se incrementa continuamente, en la
velocidad seleccionada , hasta que no soporte una carga mayor.
La velocidad de carga requerida en la máquina de ensayo se calcula mediante la fórmula:
Dónde:
R = Velocidad de incremento de carga, en newtons por segundo;
L = Longitud de la probeta en milímetros (Fig.03);
d = Dimensión de la sección transversal de la probeta en milímetros;
s = Incremento de tensión, en megapascales por segundo (newtons por milímetro
cuadrado por segundo).
Fig.02 probetas cilíndricas

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Fig.03 probeta cilíndrica
Fig.04 Disposición general del ensayo de tracción indirecta y detalles de la rotura.
3. ENSAYO DE CARGA PUNTUAL
En el ensayo de flexión o flexo-tracción una probeta en forma de barra con sección
rectangular o circular es flexionada por la acción de un momento flector. En el punto de
aplicación de la carga la zona superior está sometida a compresión, mientras que la zona
inferior está sometida a tracción (Figura 8a) (Coca y Rosique, 1992). Entre ambas, hay
una capa que no experimenta compresión, tracción ni variación de longitud; ésta se

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denomina Capa neutra (Pisarenko et al., 1979). Debido a que durante la flexión una
probeta está sometida tanto a esfuerzos de tracción como de compresión, la magnitud de
la resistencia a flexión es mayor que la resistencia a tracción (Callister, 1995). La tensión
máxima, o tensión a la rotura en este ensayo de flexión, se denomina resistencia a la
flexión o módulo de rotura, σF. Ésta es una propiedad mecánica importante para los
materiales pétreos. La medida de la resistencia a la flexión se puede obtener a partir de
dos tipos de ensayos: tres puntos o carga concentrada tal como se puede observar en la
Fig. 05, y cuatro puntos o momento constante. La distribución de esfuerzos hacen que, en
el ensayo de tres puntos, la sección desfavorable para la rotura sea puntual (coincidiendo
con el punto sobre el que se ejerce la carga), mientras que en el ensayo de cuatro puntos,
la sección desfavorable para la rotura es el intervalo comprendido entre los dos puntos de
apoyo superiores.
Fig.05 variación de esfuerzos de compresión y tracción a lo largo de la sección
transversal de la probeta en el ensayo de (a) flexo-tracción y (b) Brasileño.
Los requerimientos de la ASTM C880 incluyen las siguientes especificaciones de
máquinas y preparación de muestras:
• La máquina o aparato de ensayo debe ser capaz de aplicar cargas a a compresión así
como de flexión mediante un accesorio de flexión a 4 puntos. Este accesorio de
incluir rodamientos para soportar los bloques asegurando que la cara es aplicada
verticalmente sobre la muestra. La distancia entre los puntos de apoyo y los puntos
de carga debe ser invariable con una tolerancia de +/- 0.05 pulgadas (1.27 mm)

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• Las muestras deben ser serradas y lijadas con unas dimensiones de 4 x 1.25 x 15
pulgadas (101.6 x 31.75 x 81 mm). Las caras perpendiculares a la aplicación de la
carga deben ser pulidas con abrasivo de grano fino, el resto de caras pueden
acabarse a sierra con diente fino. Un mínimo de 5 probetas deben ser ensayadas
para cada tipo de condición de ensayo
• La embergadura del soporte inferior de las muestras de ensayo ha de ser de 12.5
pulgadas y la superior de 6.25 pulgadas.
• Acondicionamiento: las muestras pueden ser ensayadas en seco o húmedo:
• Muestras secas: 48 horas a 140 ± 4º Fahrenheit (60 +/- 2.2 Celsius)
• Muestras húmedas deben ser inmersas en agua durante 48 horas a 72 ± 4º
Fahrenheit (22.2 +/- 2.2 Celsius)
4. ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE
Este ensayo permite determinar en el laboratorio la resistencia uniaxial no confinada de la
roca, o resistencia a la compresión simple, σc. Es un ensayo para la clasificación de la
roca por su resistencia. La relación entre los esfuerzos aplicados en el ensayo es:
La resistencia a compresión simple de las piedras que se utilizan como revestimientos o
como pavimentos, se determinan sobre formas paralelepipédicas, en lugar de formas
cilíndricas, que es lo habitual para determinar la resistencia a compresión simple de
cualquier material, como por ejemplo el hormigón. En concreto, se utilizan muestras
formadas por 5 probetas cúbicas, que se ensayan después de secarlas en estufa,
manteniéndolas durante 48 horas a 60 ± 2°C.
Las bases serán paralelas entre si y perpendiculares al eje de la probeta, alisándose por
amolado con una máquina rectificadora. Se rechazarán las probetas que presenten
defectos evidentes.
- La planicidad de las bases se comprobará con ayuda de un papel de carbón
colocado sobre una superficie perfectamente plana y sobre el cual se colocarán las bases
de la probeta.

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- El paralelismo de las bases se comprobará realizando cuatro medidas de la altura
de la probeta, equidistantes. La diferencia entre la medida máxima y la mínima, no
deberá exceder a la tolerancia especificada.
La máquina de ensayos será una prensa hidráulica o mecánica (Fig.06), que disponga de
varias escalas de manera que se pueda escoger la apropiada, según el valor medio del
ensayo a efectuar, de forma que ningún resultado individual quede por debajo de la
décima parte del valor máximo de la gama de medida empleada. Debe permitir la
aplicación de la carga de una manera continua y progresiva.
Entre los platos de la prensa se situará el dispositivo de compresión (Fig.06), en el cual
uno de los platos de presión estará montado sobre una rótula, con el fin de repartir de
forma uniforme la carga y adaptarse al posible no paralelismo de las bases.
Cada probeta, previamente secada, se coloca en el dispositivo de compresión, el cual a su
vez estará colocado entre los platos de la prensa. A continuación, se somete a un esfuerzo
continuado de compresión, con una velocidad de carga de, por ejemplo, 10 ± 1 kgf/s.cm2
, que para una probeta cilíndrica de 5 cm. De diámetro (Área = 19.63 cm2) se
corresponde con, aproximadamente, 2000 N/s.
Entre las bases de la probeta y las placas de presión, no debe intercalarse ningún material,
tales como cartón, papel, goma, etc., que pueda ejercer un efecto de almohadillado o
también un esfuerzo lateral. Tampoco se deben compensar las irregularidades de las
bases por medio de rellenos de yeso, cemento, etc.
Se aplica la carga a la velocidad que especifica la norma correspondiente y se registra el
valor, F, al que se produce la rotura. Entonces, la resistencia a la compresión vendrá dada
por:
4.1. PROCEDIMIENTO
• Concebir una idea general de la roca en cuanto a su litología y estructuras.
• Identificar las muestras.
• Medir las dimensiones de la muestra para validar si satisface las condiciones
del ensayo.

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• Se recubre la muestra con una membrana cuyo fin será el de evitar que al
momento de fallar la roca no salten fragmentos y dañen a personas u objetos
de alrededor.
• Se sitúa el testigo de tal forma que el pistón de la máquina quede paralelo a las
caras transversales de la muestra.
• Una persona se encarga de medir la presión a la cual esta siendo sometida la
muestra mediante un manómetro conectado directamente a la prensa
hidráulica, la presión debe ser medida a cada instante ya que al momento de
fallar, la aguja que indica el valor de la carga vuelve al punto de partida.
• Una segunda persona será la encargada de ir aumentando paulatinamente la
presión en la prensa hidráulica.
• Una vez falle el testigo se retira y se analizan las condiciones y modo de
ruptura
Fig.06 prensa hidráulica

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5. ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL
Este ensayo determina la resistencia a la compresión de un testigo cilíndrico de roca en
estado no drenado bajo una presión de confinamiento. Nos provee de los valores
necesarios para graficar la envolvente de esfuerzos (Mohr) y a partir de ésta calcular el
valor del ángulo de fricción interna y la cohesión aparente de la roca. Como sabemos la
roca a profundidad se comporta en función de la presión de confinamiento existente en el
terreno. El ensayo de compresión triaxial es comúnmente usado para simular las
condiciones que existen en la masa rocosa subterránea. En un ensayo de compresión
triaxial la carga axial y su esfuerzo principal correspondiente simulan el esfuerzo
principal mayor que actúa en la corteza (σ1), mientras que la tensión radial producida por
la presión hidráulica representa el esfuerzo principal menor σ3. Cuando se indica un valor
de resistencia a la compresión triaxial, habrá que mencionar necesariamente la presión de
confinamiento (p) que se aplicó durante el ensayo. Para encontrar una relación entre σ1
=f(σ3), donde σ3 es la presión de confinamiento y σ1 la resistencia a la compresión
triaxial, habrá que realizar varios ensayos, en cada uno de los cuales se aplicarán
diferentes presiones de confinamiento. Cada par de valores σ1 y σ3 sirven para construir
dos tipos de gráficos. El primer tipo representa el lugar geométrico de la relación
existente entre σ1 y σ3 (Fig.07).El segundo tipo de gráfico nos permite construir los
círculos de Mohr en los ejes σ-τ para luego trazar la envolvente de Mohr (Fig.08).
Fig.07 Fig.08
5.1. DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA
- Los testigos deben ser cilíndricos circulares con una relación longitud-
diámetro (L/D) entre 2 y 2.5. La relación entre el diámetro del testigo y el
diámetro del grano más grande de la roca debe ser como mínimo de 10 a 1

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- La superficie del testigo debe ser lisa y libre de irregularidades abruptas, con
todos sus elementos alineados sin desviarse más de 0.5 mm a lo largo del
testigo.
- Las bases deben ser paralelas entre sí, sin desviarse más de 0.025 mm y
perpendiculares con respecto al eje longitudinal del cilindro sin apartarse más
de 0.05 mm en 50 mm.
- No se permiten testigos que estén cubiertos con otro material o que tengan
algún tratamiento superficial diferente al de la máquina refrendadora
- El diámetro debe ser medido con aproximación a 0.1 mm y ser el promedio
delas medidas de dos diámetros perpendiculares entre sí y tomadas en tres
partes del testigo: superior, medio, inferior
- La altura debe ser tomada con aproximación al mm.
- La condición de humedad del testigo puede tener un efecto significativo en la
resistencia que pueda alcanzar la roca. Los testigos no deben ser almacenados
por más de 30 días. Una buena práctica es tratar de conservarlas condiciones
de humedad natural del testigo hasta el momento del ensayo
- El número de testigos a ensayar depende del número de las diferentes
presiones de confinamiento con las que se desea ensayar.
5.2. EQUIPO
El equipo consiste de tres partes: Una celda triaxial, un equipo de carga y un equipo
para generar presión de confinamiento. Celda triaxial (Fig.09).
El cuerpo de la celda debe tener dos conexiones: uno para la entrada del aceite y otro
para la salida del aire.- Una chaqueta impermeable y flexible de caucho que debe
tener el mismo diámetro que el del testigo. El testigo quedará dentro de la chaqueta
totalmente rodeado por el aceite sin que éste penetre en la roca.- Dos platinas con
asientos esféricos y dureza Rockwell 58 HRC se colocan a ambos lados del testigo. El
diámetro de las platinas será de D y el espesor de por lo menos D/3 donde D es el
diámetro del testigo.

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- EQUIPO PARA GENERAR Y MEDIR LA PRESIÓN DE
CONFINAMIENTO
Una bomba hidráulica capaz de mantener constante la presión de
confinamiento (σ3) con no más del 2% de desviación del valor deseado.
Fig.09 celda triaxial
Un manómetro que permite observar y registrar que la presión de
confinamiento se mantenga constante.
Fig.10 manómetro
5.3. PROCEDIMIENTO
• La celda es ensamblada con el testigo instalado en la chaqueta y entre las
platinas. El testigo, las platinas y los asientos esféricos deben estar alineados
entre sí. Los asientos esféricos estarán ligeramente lubricados con grasa o
aceite.- La celda triaxial se llena con aceite permitiendo que el aire salga por
la conexión de escape. Nos aseguramos que la chaqueta no tenga fisuras ni
huecos en de cada ensayo, de manera que el aceite no penetre en el testigo.-
La celda se instala en el equipo de aplicación de carga normal.

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• Se establece la presión de confinamiento en el nivel predeterminado y se
mantiene constante, entonces se aplica la carga normal. El máximo valor de
carga axial y su correspondiente presión de confinamiento se registran.
• Se repite el procedimiento para otro valor de presión de confinamiento.
5.4. CÁLCULOS
• La resistencia a la compresión (σ1) se calcula dividiendo el máximo valor de
la carga aplicada al testigo y el área de la sección transversal del testigo.
• Las presiones de confinamiento con sus correspondientes valores máximos de
resistencia a la compresión se grafican; el valor de presión de confinamiento
en las abscisas y el valor de resistencia a la compresión en las ordenadas
(Fig.07).
• Se juntan los puntos con una línea que para consideraciones prácticas será una
recta caracterizada por su pendiente “m” y su ordenada en el origen “b”
• Con m y b obtenemos el ángulo de fricción ø y el valor de cohesión aparente
C usando:
Una forma más directa de hallar ø y C es graficar la envolvente de los círculos
de Mohr: σ1 y σ3 en las abscisas y la resistencia al corte en las ordenadas
(Fig.08).También será necesario el valor de tracción indirecta y compresión
simple. Luego se traza una recta tangente a los círculos. El ángulo que forma
esta recta con el eje de las abscisas será el valor de ø y la intersección de la
recta con el eje de las ordenadas será el valor de C.

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6. ENSAYO DE CONSTANTES ELÁSTICAS (MÓDULO DE YOUNG Y RELACIÓN
DE POISSON)
El Módulo de Young (E) y la relación de Poisson (ν) estiman el comportamiento de los
esfuerzos y las deformaciones en el macizo rocoso. Estos valores se emplean
generalmente en el diseño de excavaciones en roca utilizando métodos de cálculo
numérico.
La elasticidad es una propiedad que se asume posee todo material ideal y que algunas
rocas presentan en mayor o menor grado y para lo cual deben tenerse en cuenta tres
factores principales: homogeneidad, isotropía y continuidad.
- Homogeneidad es una medida de la continuidad física de un cuerpo que depende
de la escala, pudiendo una roca masiva de grano fino ser considerada como
homogénea
- Isotropía es una medida del comportamiento del material en diferentes
direcciones. El grado de isotropía de una roca definirá las diferentes reacciones de
ésta a la acción de fuerzas externas o internas.
- Continuidad se refiere a la cantidad de diaclasas, fallas y espacios porosos que
poseen las rocas. Como ya sabemos un material se comporta elásticamente
cuando luego de retirarla la carga aplicada recupera su estado inicial, es decir la
deformación es directamente proporcional al esfuerzo aplicado. Esta constante de
proporcionalidad es el módulo de elasticidad o de Young (E).
E = σ/ εa
E = módulo de elasticidad (kg/cm2)
σ = esfuerzo aplicado (kg/cm2)
εa = deformación unitaria axial (mm/mm)
En un sentido mecánico, el módulo de elasticidad representa la rigidez del material. El
valor de E permite clasificar a las rocas de la siguiente manera:
- Roca cuasi-elástica: Para valores de E entre 6 y 10 x 104 MPa, son por lo general
de grano fino, masivo y compacto.

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- Roca semi-elástica: Para valores de E entre 2 y 7 x 104 MPa, se caracterizan por
ser de grano grueso en las rocas ígneas y de grano fino, porosidad baja y cohesión
media en las rocas sedimentarias.
- Roca no elástica o plástica: Para valores de E menores que 2 x 104 MPa,
presentan gran cantidad de espacios vacíos o porosos, por lo que tienden a mostrar
características variables de esfuerzo-deformación.
El uso del módulo de elasticidad para definir la relación esfuerzo-deformación es sólo
una aproximación, ya que las rocas muestran frecuentemente características mecánicas no
lineales.
El otro parámetro importante en la teoría de la elasticidad es la relación de Poisson. (ν), la
cual representa la relación inversa entre la deformación en la dirección del esfuerzo
aplicado y la deformación que ocurre en una dirección perpendicular a ésta. Se expresa
por:
ν = εd/ εa
ν =relación de Poisson
εd= deformación unitaria en la dirección perpendicular a la carga aplicada
εa= deformación unitaria en la dirección a la carga aplicada
6.1. EQUIPO
- El equipo es el mismo que se utiliza en el ensayo de compresión simple y
debe cumplir con los requerimientos de la práctica ASTM E4 o la norma
British Standard 1610.- Para medir las deformaciones se utilizan medidores de
deformación de resistencia eléctrica (strain gage). La longitud de los strain
gage es por lo menos 10 veces el diámetro del grano más grande de la roca.
- Un software registra las cargas y deformaciones además de que gráfica
directamente las curvas Esfuerzo vs. Deformación.

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Fig.11 Equipo para determinar las constantes elásticas
6.2. PREPARACIÓN DE TESTIGOS
- Los testigos deben ser cilíndricos circulares con una relación longitud-
diámetro (L/D) entre 2 y 2.5. Se
pueden utilizar testigos con
diámetros entre 22 y 61 mm. La
relación entre el diámetro del
testigo y el diámetro del grano
más grande dela roca debe ser
como mínimo de 10 a 1.
- La superficie del testigo debe ser lisa y libre de irregularidades abruptas, con
todos sus elementos alineados sin desviarse más de 0.5 mm a lo largo del
testigo.
- Las bases deben ser paralelas entre sí, sin desviarse más de 0.025 mm y
perpendiculares con respecto al eje longitudinal del cilindro sin apartarse más
de 0.05 mm en 50 mm.- No se permiten testigos que estén cubiertos con otro
material o que tengan algún tratamiento superficial diferente al de la máquina
refrendadora.- El diámetro debe ser medido con aproximación a 0.1 mm y ser
el promedio delas medidas de dos diámetros perpendiculares entre sí y

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tomadas en tres partes del testigo: superior, medio, inferior.- La altura debe
ser tomada con aproximación al mm.
- Se instalan dos strain gage: uno axial o longitudinal y otro diametral o
transversal sobre la superficie del testigo.
- El strain gage longitudinal se coloca perpendicular a las bases del testigo y el
strain gage transversal se coloca a lo largo de un diámetro paralelo a las
bases. Se trata de que los strain gages queden ubicados en la parte central del
testigo y en puntos opuestos de un mismo diámetro.- Se limpia y pule la
superficie del testigo en los puntos donde se colocan los strain gages, para
pulir se utiliza una lija de grano medio y luego una de grano fina con lo que la
superficie queda libre de irregularidades y para limpiar se utiliza un algodón
con alcohol con lo que se remueve la grasa. El pegamento utilizado es el que
especifica el fabricante de los strain gages.
- Se recomienda realizar no menos de 3 ensayos por muestra de roca.
6.3. PROCEDIMIENTO
- El testigo se coloca en la máquina de ensayos y se hacen las conexiones
eléctricas necesarias con la computadora.
- La humedad puede tener un efecto significante en la deformación del testigo,
cuando sea posible, se debe conservar las condiciones de humedad, hasta el
momento del ensayo. Un exceso de humedad puede crear problemas de
adhesión de los strain gages entonces se requerirá un cambio en las
condiciones de humedad del testigo (seco)
- La carga sobre el testigo debe ser aplicada de forma continua y con una razón
constante de manera que la falla ocurra entre 5 y 10 minutos después de
haberse iniciado la aplicación de la carga.
- Las cargas y las deformaciones axiales y diametrales son Directamente
registradas por el software a partir de las lecturas continuas de los strain gages
instalados sobre el testigo.

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6.4. CÁLCULOS
La deformación unitaria axial (εa) y la deformación unitaria diametral (εd) son
registradas directamente por el software a partir de las lecturas de los strain gages.
a) Los valores de esfuerzos y deformaciones axiales y diametrales se deberán dibujar
en un solo gráfico. Estas curvas muestran el comportamiento típico delas rocas
desde una tensión inicial cero hasta la resistencia última de la roca.
Fig.12 módulo tangente
b) El módulo axial de Young (E) de un espécimen, puede ser calculado
empleando cualquiera de los siguientes métodos:
- Módulo tangente (Et): Es medido a un nivel determinado de carga,
expresado como un porcentaje de la resistencia última trazándose una
recta tangente a la curva en ese punto. Por lo general se toma el 50% de la
resistencia de la roca a la compresión uniaxial
- Módulo promedio (Ep): Es definido mediante la inclinación promedio de
las partes relativamente rectas de la curva esfuerzo-deformación axiales.

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Fig.13 módulo promedio
- Módulo secante (Es): Es generalmente medido desde el esfuerzo inicial cero
hasta un valor de esfuerzo prefijado, el que representa un porcentaje de la
resistencia de la roca a la compresión. Se acostumbra tomar el 50% de R.
Fig.14 módulo secante
7. ENSAYO DE RESISTENCIA DE FLEXIÓN
(Coca y Rosique, 1992) En el ensayo de flexión o flexo-tracción una probeta en forma de
barra con sección rectangular o circular es flexionada por la acción de un momento
flector. En el punto de aplicación de la carga la zona superior está sometida a
compresión, mientras que la zona inferior está sometida a tracción (Figura 15). Entre
ambas, hay una capa que no experimenta compresión, tracción ni variación de longitud;
ésta se denomina Capa neutra (Pisarenko et al., 1979). Debido a que durante la flexión

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una probeta está sometida tanto a esfuerzos de tracción como de compresión, la magnitud
de la resistencia a flexión es mayor que la resistencia a tracción (Callister, 1995). La
tensión máxima, o tensión a la rotura en este ensayo de flexión, se denomina resistencia a
la flexión o módulo de rotura, σF. Ésta es una propiedad mecánica importante para los
materiales pétreos. Por ejemplo, las especificaciones de la ASTM recogen que el módulo
de rotura mínima exigida para un granito y un mármol calizo usado para edificación son,
respectivamente, 10,34 y 7 MPa. La medida de la resistencia a la flexión se puede obtener
a partir de dos tipos de ensayos: tres puntos o carga concentrada, y cuatro puntos o
momento constante. La distribución de esfuerzos hacen que, en el ensayo de tres puntos,
la sección desfavorable para la rotura sea puntual (coincidiendo con el punto sobre el que
se ejerce la carga), mientras que en el ensayo de cuatro puntos, la sección desfavorable
para la rotura es el intervalo comprendido entre los dos puntos de apoyo superiores. Si se
trabajara con materiales homogéneos, los resultados obtenidos serían reproducibles. Sin
embargo, las rocas, debido a su naturaleza heterogénea intrínseca, al sistema poroso, a las
pequeñas fi suras que se producen al trabajar el material (corte, pulido, etc.), hacen que la
superficie sea muy heterogénea, y con una alta variedad y número de concentradores de
tensiones. Por ejemplo, una porosidad del 10 % puede disminuir la resistencia a la flexión
en un 50 % (Callister, 1995). Debido a que el ensayo de tres puntos (carga concentrada)
concentra la sección desfavorable en un punto y el ensayo de cuatro puntos (momento
constante) la concentra en una sección lineal, los valores de la rotura a flexión con tres
puntos son mayores y más dispersos que los obtenidos con el ensayo de cuatro puntos.
Así, cuanto más lejos del punto de apoyo se produzca la fi sura en el ensayo de tres
puntos, mayor será la carga que se tendrá que aplicar al material para que se produzca
dicha rotura. Además, la localización aleatoria (aunque siempre cercana al punto de
apoyo) de la fisura produce una fuerte dispersión de los valores de rotura a flexión. La
medida de la rotura a flexión con cuatro puntos es el ensayo más idóneo para obtener la
resistencia a flexo-tracción en rocas. Sin embargo, si se quiere evaluar la resistencia de
una roca que se va a utilizar como pavimento, es probable que el ensayo de flexión a tres
puntos reproduzca mejor el comportamiento de la roca cuando ésta esté colocada.

MECANICA DE ROCAS I
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Fig.15 variación de esfuerzos de compresión y tracción a lo largo de la sección
transversal de la probeta en el ensayo de (a) flexo-tracción y (b) Brasileño.
Los requerimientos de la ASTM C880 incluyen las siguientes especificaciones de
máquinas y preparación de muestras:
- La máquina o aparato de ensayo debe ser capaz de aplicar cargas a a compresión así
como de flexión mediante un accesorio de flexión a 4 puntos. Este accesorio de incluir
rodamientos para soportar los bloques asegurando que la cara es aplicada verticalmente
sobre la muestra. La distancia entre los puntos de apoyo y los puntos de carga debe ser
invariable con una tolerancia de +/- 0.05 pulgadas (1.27 mm)
- Las muestras deben ser serradas y lijadas con unas dimensiones de 4 x 1.25 x 15 pulgadas
(101.6 x 31.75 x 81 mm). Las caras perpendiculares a la aplicación de la carga deben ser
pulidas con abrasivo de grano fino, el resto de caras pueden acabarse a sierra con diente
fino. Un mínimo de 5 probetas deben ser ensayadas para cada tipo de condición de
ensayo
- La embergadura del soporte inferior de las muestras de ensayo ha de ser de 12.5 pulgadas
y la superior de 6.25 pulgadas.
- Acondicionamiento: las muestras pueden ser ensayadas en seco o húmedo:
- Muestras secas: 48 horas a 140 ± 4º Fahrenheit (60 +/- 2.2 Celsius)
- Muestras húmedas deben ser inmersas en agua durante 48 horas a 72 ± 4º Fahrenheit
(22.2 +/- 2.2 Celsius)

MECANICA DE ROCAS I
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8. ENSAYO DE RESISTENCIA AL CORTE
El ensayo de corte directo tiene como finalidad encontrar el valor del ángulo de fricción
residual (ø r) en testigos de roca que han sido previamente fracturados. Este ensayo se
puede aplicar en rocas duras o blandas y en testigos de roca que contengan planos de falla
o discontinuidades naturales o artificiales.
Es necesario distinguir dos conceptos: ángulo de fricción interna y ángulo de fricción
residual. El ángulo de fricción interna actúa mientras la roca no ha fallado mientras que
el ángulo de fricción residual actúa cuando se ha producido la falla.
Fig.16
Donde se calcula el esfuerzo normal y esfuerzo de corte de la siguiente manera:
Conforme a como se van obteniendo los resultados se puede ir realizando la gráfica
del esfuerzos vs el desplazamiento para su posterior análisis.

MECANICA DE ROCAS I
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Fig.17
8.1. DESCRIPCION DE LA MUESTRA
Un molde especialmente diseñado para que encaje en el equipo perfectamente y que
será utilizado para encapsular el testigo en una mezcla de concreto de secado rápido.
Este molde consta de dos mitades que tienen la misma forma y dimensiones que la
caja del equipo de ensayo.
8.2. PREPARACIÓN DE TESTIGOS
- Se pueden emplear testigos cilíndricos o bloques de roca de geometría regular.
El testigo debe tener las dimensiones adecuadas para que pueda ser colocado
en el molde. Los testigos no requieren de ningún tratamiento superficial ni
estar sujetos a condiciones de paralelismo.
- Seleccionar la discontinuidad o plano de falla a ser ensayado, luego preparar
el testigo cortándolo en dos partes de 40 a 60 mm de longitud a cada lado de
la zona seleccionada. Luego unir las dos partes con cinta adhesiva de manera
que se tenga un solo testigo nuevamente.

MECANICA DE ROCAS I
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- Se prepara una mezcla de arena, cemento y agua de secado rápido y
resistencia media. La proporción en volumen de arena-cemento es de 3 a 2 y
se emplea 700 ml de agua para la preparación de un molde.
- Se coloca el sujetador de testigo sobre el molde y se coloca entre sus
agarraderas el testigo teniendo cuidado que el plano cortante propuesto esté
alineado con la posición del plano horizontal de aplicación de la carga
cortante y el eje de aplicación de la carga normal. Se ajusta el sujetador de
manera que el testigo no se mueva de la posición deseada.
- Se cubre el interior del molde con una película de grasa para facilitar remover
el testigo después del secado de la mezcla.
- Se remueven los lados del molde y se arma la otra mitad. También se retira el
sujetador. Al igual que la otra parte la engrasamos y llenamos el molde con la
cantidad suficiente de mezcla para que cuando se introduzca el testigo no sea
necesario aumentar o retirar una cantidad considerable de mezcla ya que el
acceso será difícil. La mitad que contiene el testigo la volteamos y la
colocamos apropiadamente sobre la mitad que acabamos de preparar luego
ajustamos los tornillos del molde para asegurar el alineamiento requerido. Se
añade o remueve pequeñas cantidades de mezcla con una paleta a través de la
ranura. Dejar secar los moldes tres días como mínimo.
- Luego se desmolda el testigo y se separan las dos partes cortando la cinta
adhesiva, entonces el testigo estará listo para ser ensayado.
8.3. DESCRIPCIÓN DE EQUIPO
Este equipo consiste de una caja partida diagonalmente como se observa en la Fig.18.
La mitad superior equipada con un pistón vertical para aplicar la fuerza normal y la
mitad inferior equipada con un pistón horizontal para la aplicación de una fuerza
cortante. La caja está diseñada para aceptar testigos de roca con dimensiones no
mayores de 115 mm x 125 mm o si es un testigo cilíndrico su diámetro debe ser no
mayor de 102 mm y su longitud no mayor de 120 mm.

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Fig.18
La fuerza aplicada por el pisón vertical es transmitida por medio de una bomba
hidráulica de operación manual y es registrada en un medidor de fuerza con escala
graduada en 0.25 KN y con capacidad de medir fuerzas hasta 11 KN. La fuerza
aplicada por el pisón horizontal es transmitida por medio de una bomba hidráulica de
operación manual y es registrada en un medidor de fuerza con escala graduada en 0.1
KN y con capacidad de medir fuerzas hasta 5.5 KN. Estas fuerzas deberán estar
alineadas con el centro del plano de corte.
8.4. DESCRIPCION DE ENSAYO
- Se registra el diámetro o las dimensiones de la zona escogida para calcular el
área de deslizamiento.
- Se hacen las conexiones hidráulicas de la manera como se ilustra en el
esquema de la figura 17.
- Se coloca el testigo (encapsulado en la mezcla) en la parte inferior de la caja y
se coloca la parte superior de la caja sobre ella. Se hacen coincidir las partes
cortadas en forma manual. Se empezará el ensayo aplicando una carga normal
pequeña para mantener la posición.
- Se fija el medidor de desplazamientos en la parte superior como se muestra en
la figura 5 para lograr registrar los movimientos horizontales.

MECANICA DE ROCAS I
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- Se aplica la carga normal requerida con la bomba manual, se registra y se
mantiene constante, luego se aplica la carga cortante gradualmente. Se
registran los desplazamientos horizontales y las cargas cortantes respectivas.
- Al llegar al máximo valor de fuerza cortante se registra este valor y su
desplazamiento. Se sigue aplicando carga cortante hasta que ésta se mantiene
constante, entonces habremos hallado el valor de esfuerzo cortante residual.
- Se repite este proceso incrementando la carga normal con una razón constante.
Volvemos a colocar el testigo en su posición inicial, teniendo cuidado que el
detrito producido por el corte no se pierda del plano de ensayo. Obtenemos en
cada ensayo los valores correspondientes al esfuerzo cortante máximo y
residual.
9. CONCLUSIONES
- Es muy importante conocer a la roca sobre todo su litología.
- Cada ensayo es de gran importancia, para poder obtener los datos de la muestra,
propiedades mecánicas de las rocas.
- Se necesita ser preciso en cada ensayo, para obtener el mas mínimo error de
calculo, y tener datos correctos que serán de gran ayuda para la seguridad en mina
subterránea.
10. BIBLIOGRAFIA
- Rock Mechanics for Underground Mining. Brady, B. H. G., Brown, E. T. Kluwer
Academic Publishers. 1999.
- Libro Ingeniería Geológica de Luis I González Vallejo. 2002.

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